一种基于真空密闭容器内的高功率晶圆探测装置的制作方法

1.本实用新型涉及功率半导体器件技术领域，特别涉及一种基于真空密闭容器内的高功率晶圆探测装置。


背景技术：

2.近年来，在能源和环镜保护的压力下，新能源汽车已经成为了未来汽车的发展方向，但新能源汽车的发展离不开功率半导体器件，汽车在控制成本的前提下，为支持快充需求以及支持更大功率密度、高可靠，需要功率半导体器件具有能在高电压下持续稳定工作及高功率承载能力，为此需要研发高功率、高电压的功率半导体器件，而功率半导体器件的成功装车使用就离不开半导体晶圆的高功率、高电压脉冲测试，在此测试过程中会通过导体引入极高电压脉冲在功率芯片电极上，如处理不善，引入极高电压脉冲过程中的路径导体间会因高电压而产生电弧放电，这种电弧放电在测试过程中需要极力避免。
3.为了解决在高压路径导体间的电弧放电效应，现有的高功率晶圆探测主要采用绝缘油浸的方案，该方案借鉴高压变压器防止电弧效应的解决方法，将被测晶圆浸泡在绝缘油中。然而，此种方式存在如下缺点：
4.1、由于在更换晶圆等工艺过程中，会导致绝缘油反复接触氧气，绝缘油在光场、电场、温度的影响下会发生氧化，甚至会带入杂质，在这种情况下易造成绝缘油的性质变差，从而导致电弧效应的复发；
5.2、为防止绝缘油的性质变差导致电弧效应的复发，这就需要定期对绝缘油进行检测，绝缘油的氧化和杂质需要专门的设备或机构，这样为了保证绝缘油的效果，需要频繁更换绝缘油；
6.3、晶圆浸泡绝缘油后需要增加晶圆清洗的步骤，导致工艺复杂度增加。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本实用新型提供了一种基于真空密闭容器内的高功率晶圆探测装置，通过在真空密闭容器内进行晶圆的高功率测试，以便于采用真空的方式来防止高压电弧放电效应，从而避免晶圆浸泡绝缘油所带来的问题。
8.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
9.一种基于真空密闭容器内的高功率晶圆探测装置，包括：
10.真空密闭容器；
11.设置于所述真空密闭容器内，用于放置晶圆的工作台；
12.设置于所述真空密闭容器内，用于探测放置于所述工作台的晶圆的探测模块。
13.优选地，所述真空密闭容器包括真空密闭腔体和气泵；
14.所述真空密闭腔体开设有可单向流通的惰性气体入口，所述真空密闭腔体开设有用于与所述气泵的进气口连接的出气口；所述工作台和所述探测模块均设置于所述真空密闭腔体内。
15.优选地，所述真空密闭容器还包括：
16.设置于所述真空密闭腔体的内壁的检漏仪。
17.优选地，所述探测模块包括探针臂、探针和晶圆托盘；
18.所述晶圆托盘设置于所述工作台的顶部，用于放置所述晶圆并为其提供高电压；所述探针设置于所述探针臂，且用于与所述晶圆顶部连接并为其提供低电压。
19.优选地，所述探测模块还包括：
20.设置于所述探针臂与所述晶圆托盘之间，且设有用于同所述探针配合的穿孔的探针台。
21.优选地，还包括：
22.设置于所述真空密闭腔体内，且连接在所述晶圆托盘与所述工作台的顶部之间的温度调节台。
23.优选地，还包括：
24.贯穿设置于所述真空密闭容器的器壁，用于穿过所述探测模块的电气连接线的封接连接器。
25.优选地，所述工作台为平移升降工作台。
26.优选地，所述平移升降工作台包括xy向移动机构和z向移动机构；
27.所述z向移动机构设置于所述xy向移动机构活动端的顶部，所述z向移动机构活动端的顶部用于放置所述晶圆。
28.优选地，所述xy向移动机构和/或所述z向移动机构包括丝杠电机组件。
29.从上述的技术方案可以看出，本实用新型提供的基于真空密闭容器内的高功率晶圆探测装置，通过在真空密闭容器内进行晶圆的高功率测试，以便于采用真空的方式来防止高压电弧放电效应，从而避免晶圆浸泡绝缘油所带来的问题。
附图说明
30.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1为本实用新型实施例提供的基于真空密闭容器内的高功率晶圆探测装置结构示意图；
32.图2为本实用新型实施例提供的探测模块结构示意图。
33.1为真空密闭腔体，2为气泵，3为惰性气体入口，4为出气口，5为检漏仪，6为探针臂，7为探针，8为晶圆托盘，9为探针台，10为温度调节台，11为封接连接器，12为xy向移动机构，13为z向移动机构，14为晶圆。
具体实施方式
34.本实用新型公开了一种基于真空密闭容器内的高功率晶圆探测装置，其采用一种全新的真空方式来防止高压电弧放电效应，在接近真空环境的密闭容器内实现半导体晶圆芯片的高功率测试，从而避免晶圆浸泡绝缘油所带来的缺点。
35.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
36.本实用新型实施例提供的基于真空密闭容器内的高功率晶圆探测装置，如图1所示，包括：
37.真空密闭容器；
38.设置于真空密闭容器内，用于放置晶圆14的工作台；
39.设置于真空密闭容器内，用于探测放置于工作台的晶圆14的探测模块。
40.需要说明的是，本方案的设计原理是基于巴申定律，其采用真空的方式来防范晶圆测试过程中的高压电弧放电效应，能有效避免晶圆浸泡绝缘油所带来的因绝缘油氧化变质电弧效应复发、绝缘油检测及更换、晶圆绝缘油清洗等问题。此外，晶圆的高功率测试设置在真空密闭容器内，以更小的电极间距，提高击穿电弧电压，满足高电压晶圆测试。
41.从上述的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的基于真空密闭容器内的高功率晶圆探测装置，通过在真空密闭容器内进行晶圆的高功率测试，以便于采用真空的方式来防止高压电弧放电效应，从而避免晶圆浸泡绝缘油所带来的问题。
42.在本方案中，基于巴申定律可知，在高真空环境中为防止电弧放电效应发生就必须保证高压路径导体间的介质气体的击穿电压远大于晶圆测试电压。例如晶圆测试电压是1kv，则需要控制真空密闭容器内高压路径导体间的介质气体的击穿电压大于10kv。此外，由巴申定律可知，在电极间距一定的情况下，常用气体的击穿电压在高真空环境下会随着真空度的提高而增大。对此，为了提高高压路径导体间的介质气体的击穿电压；相应地，如图1所示，真空密闭容器包括真空密闭腔体1和气泵2；
43.真空密闭腔体1开设有可单向流通的惰性气体入口3，以使得惰性气体只能单向充入真空密闭腔体1内，真空密闭腔体1开设有用于与气泵2的进气口连接的出气口4；工作台和探测模块均设置于真空密闭腔体1内。其中，本方案会预先在晶圆测试前通过惰性气体入口3向真空密闭腔体1充入氮气，再通过气泵2将真空密闭腔体1内压力降至10^-4torr，从而有助于将高压路径导体间残余氮气的击穿电压升高至远大于10kv。此外，本方案在真空密闭腔体1内充入氮气，还可有利于防止晶圆14在高温测试下氧化。
44.进一步地，为了防止真空密闭容器发生真空泄露，这就需要对真空密闭容器进行泄露检测；相应地，如图1所示，真空密闭容器还包括：
45.设置于真空密闭腔体1的内壁的检漏仪5。
46.具体地，如图1和图2所示，探测模块包括探针臂6、探针7和晶圆托盘8；
47.晶圆托盘8设置于工作台的顶部，用于放置晶圆14并为其提供高电压；探针7设置于探针臂6，且用于与晶圆14顶部连接并为其提供低电压。本方案的探测模块如此设计，具有结构简单、测试便捷等特点。此外，为了确保晶圆在高真空环境下能正常测试，还需控制晶圆芯片的加电焊盘、加电电极等的间距。另外，为了避免引起电弧放电效应，这就需要保证探针7、通电回路、晶圆托盘8和晶圆14等带电部件周围5mm内不产生电压差。
48.进一步地，为了避免晶圆托盘8的高温对探针臂6造成影响，这就需要在两者之间增设阻挡台；相应地，如图1所示，探测模块还包括：
49.设置于探针臂6与晶圆托盘8之间，且设有用于同探针7配合的穿孔的探针台9。
50.再进一步地，同样地，为了避免晶圆托盘8的高温对工作台的顶部造成影响；相应地，如图1所示，本实用新型实施例提供的基于真空密闭容器内的高功率晶圆探测装置还包括：
51.设置于真空密闭腔体1内，且连接在晶圆托盘8与工作台的顶部之间的温度调节台10。即为通过温度调节台10调节由晶圆托盘8传导给工作台的顶部的温度，避免工作台的顶部受到高温影响。
52.在本方案中，为保证晶圆14能在真空环境下正常加电，这就需要将探测模块的电气连接线从外部高压电源引入至真空密闭容器内，但为了保证真空密闭容器的真空度，这就需要对探测模块的电气连接线作密封穿线处理；相应地，如图1所示，本实用新型实施例提供的基于真空密闭容器内的高功率晶圆探测装置还包括：
53.贯穿设置于真空密闭容器的器壁，用于穿过探测模块的电气连接线的封接连接器11。此外，为了避免电气连接线在通电状态下与真空密闭容器形成异常导通，这就使得封接连接器11需要采用高绝缘、低真空放气材料制作。当然，如图1所示，本方案还可进行两个晶圆14的探测。其中所需用到的探针臂6、探针7的数量为两个。
54.具体地，为了便于更好地实现晶圆14的探测，工作台为平移升降工作台。
55.进一步地，如图1所示，平移升降工作台包括xy向移动机构12和z向移动机构13；即xy向移动机构为二维平移机构；
56.z向移动机构13设置于xy向移动机构12活动端的顶部，z向移动机构13活动端的顶部用于放置晶圆14。其中，温度调节台设置于z向移动机构13活动端的顶部，晶圆托盘8设置于温度调节台的顶部。此外，本方案在真空密闭腔体1内设置探针、晶圆托盘等部件时也需要避免电路导通，可通过结构件将探针和探针臂，以及晶圆托盘和工作滑台进行电隔离，以使得在高电压情况下保障设备、被测晶圆芯片和测试人员的安全。其中，结构件可采用高绝缘、高导热、低真空放气材料制作，而且保证其厚度在5mm以上。
57.再进一步地，xy向移动机构12和/或z向移动机构13包括丝杠电机组件。其中，平移升降工作台采用丝杠电机组件，具有结构简单，运动平稳可靠等特点。此外，xy向移动机构12包括x向移动机构和y向移动机构，y向移动机构设置于x向移动机构活动端的顶部，z向移动机构13设置于y向移动机构活动端的顶部。
58.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
59.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。